ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2003 года по МПК H04R1/44 G01V1/00 G01V1/38 G01S3/80 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств.

Известно устройство аналогичного назначения [1], содержащее плавучий гидрофон, закрепленный тросами на поплавке, находящемся на поверхности воды, груз отрицательной плавучести, закрепленный тросами под гидрофоном, сетчатые экраны для защиты устройства от влияния подводных течений, а также надводную обрабатывающую, регистрирующую и управляющую аппаратуру.

Недостатком известного аналога является недостаточно высокая точность измерений из-за погрешностей, вызванных вибрациями тросов, а следовательно, и гидрофона, возникающих при волнении моря.

Известна измерительная система аналогичного назначения [2], свободная от отмеченного недостатка аналога [1], принятая за прототип.

Известная гидроакустическая измерительная система (ГАИС) содержит носитель аппаратуры, включающий в себя полые поплавок с обтекателем, выполненные в виде удлиненного тела вращения, и расположенный соответственно внутри обтекателя и поплавка широкополосный гидрофон и приборный контейнер. ГАИС также содержит спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с носителем аппаратуры и линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления [2].

В прототипе в качестве измерительной аппаратуры используются кроме широкополосного гидрофона (информация о гидрофоне имеется в тексте японского патента) измерители направления, скорости, температуры, солености и глубины. В качестве линии связи используется гидроакустический канал.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность измерений звукового давления, связанная с наличием псевдозвуковых шумов от обтекания и вибраций троса и носителя аппаратуры, неизбежно передаваемых на гидрофон, присутствующих в инфразвуковом диапазоне частот, а также неопределенности в регистрируемом звуковом давлении, из-за дифракции звука на поплавке и обтекателе в высокочастотном диапазоне.

Кроме того, в прототипе отсутствуют средства периодического контроля чувствительности гидрофона, которая может меняться со временем из-за тяжелых условий эксплуатации измерительной системы.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение перечисленных недостатков прототипа, т.е. повышение точности измерений за счет уменьшения псевдозвуковых шумов обтекания и вибраций троса и носителя аппаратуры в инфразвуковом диапазоне частот и устранение неопределенностей в регистрируемом звуковом давлении из-за дифракционных явлений в высокочастотном диапазоне, а также за счет возможности периодической проверки чувствительности гидрофона в условиях эксплуатации измерительной системы.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известной ГАИС, содержащей носитель аппаратуры, выполненный в виде поплавка с полым обтекателем и расположенными внутри приборным контейнером и широкополосным гидрофоном, а также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с носителем аппаратуры, и линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления, поплавок с обтекателем выполнены из звукопрозрачного материала, при этом внутренний объем обтекателя заполнен водой, а приборный контейнер удален от гидрофона не менее чем на три своих поперечных размера, причем линия связи с тросом объединены в кабельную линию связи, а общая масса носителя аппаратуры не менее чем в десять раз превышает массу отрезка кабеля кабельной линии связи от якорного груза до основания носителя аппаратуры, при этом центр тяжести, метацентр и вход кабельной линии связи в носитель аппаратуры расположены на оси последнего таким образом, что центр тяжести размещен между метацентром и входом кабельной линии связи в носитель аппаратуры.

В частном случае, обтекатель поплавка выполнен в виде полусферы, в центре которой расположен широкополосный гидрофон.

При этом обтекатель поплавка выполнен из стеклопластика.

Поплавок носителя аппаратуры выполнен в виде соприкасающихся плоскими основаниями колец положительной плавучести, плотность материала которых не превышает 0,7 кг/м³, при этом в центральной части колец расположен приборный контейнер.

В качестве материала колец положительной плавучести используют сферопластик.

Кроме того, ГАИС может включать в себя генератор механических колебаний, расположенный в центральной части колец положительной плавучести над приборным контейнером, причем широкополосный гидрофон закрепляется на штоке генератора механических колебаний.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема ГАИС в режиме эксплуатации в морских условиях.

ГАИС содержит носитель аппаратуры, выполненный в виде поплавка 1 с полусферическим обтекателем 2, заполненным водой 3. Поплавок 1 выполняют из колец положительной плавучести 4, которые плотно соприкасаются плоскими основаниями.

В центральной части колец 4 размещают приборный контейнер 5, а внутри обтекателя 2 с водой 3 располагают широкополосный гидрофон 6, закрепленный на штоке 7 генератора 8 механических колебаний. Генератор устанавливают в центральной части колец 4 над приборным контейнером 5.

Имеется также спускоподъемное устройство в виде лебедки 9 с барабаном 10. Кабельная линия связи состоит из кабель-троса 11. Один конец кабель-троса 11 соединен с входом 12 кабельной линии связи в носитель аппаратуры и уже внутри носителя подключается к приборному контейнеру 5. Другой конец кабель-троса подается на надводные средства обработки, регистрации и управления (на чертеже не показаны).

ГАИС закрепляется на дне 13 натурного водоема с помощью якорного груза 14.

Поплавок 1 и обтекатель 2 выполнены из звукопрозрачного материала: полусферический обтекатель 2 - из стеклопластика, кольца 4 поплавка 1 - из сферопластика.

Для достижения поставленного выше технического эффекта приборный контейнер 5 удаляют от гидрофона 6 на расстояние а, превышающее поперечный размер контейнера b как минимум в три раза. При этом центр тяжести А, метацентр Б и вход 12 кабельной линии связи в носитель аппаратуры лежат на оси последнего, причем центр тяжести А расположен между метацентром Б и входом 12 кабельной линии связи в носитель аппаратуры.

Кроме того, общая масса носителя аппаратуры не менее чем в десять раз превышает массу отрезка кабель-троса 11 кабельной линии связи от якорного груза 14 до основания носителя аппаратуры.

Рассмотрим влияние отдельных существенных признаков ГАИС на достижение поставленного технического эффекта.

Выполнение обтекателя 2 и поплавка 1 из звукопрозрачных материалов, в частности из стеклопластика и сферопластика, соответственно; выполнение обтекателя 2 полусферическим с расположением гидрофона в центре полусферы и заполнение обтекателя водой; выполнение условия а≥3b позволяют устранить погрешность измерения звукового давления, обусловленную дифракцией на элементах носителя и таким образом реализовать условие свободного поля. При этом обтекатель вносит минимальные искажения в звуковое поле, поскольку имеет малые коэффициенты отражения и поглощения звука.

Расположение метацентра Б, центра тяжести А и входа 12 кабельной линии связи в носитель аппаратуры на оси последнего в заявленной последовательности; выполнение носителя с массой в 10 раз и более превышающей массу кабель-троса позволяют практически исключить влияние на результаты измерений псевдозвукового сигнала в инфразвуковом диапазоне частот, вызванного колебаниями кабель-троса 11 и неустойчивостью носителя аппаратуры при обтекании их подводными течениями.

Все вместе рассмотренные выше существенные признаки позволяют расширить диапазон рабочих частот как в ультразвуковой, так и в инфразвуковой диапазоны.

Наличие в составе ГАИС генератора 8 механических колебаний позволяет периодически контролировать чувствительность гидрофона 6 непосредственно на его штатном месте, чтобы избежать погрешностей, связанных со старением аппаратуры.

Выполнение поплавка 1 в виде набора колец 4 положительной плавучести из материала плотностью, не превышающей 0,7 кг/м³, и расположение в центральной части колец 4 приборного контейнера 5, генератора 8 механических колебаний и части кабель-троса 11 от основания носителя до входа в приборный контейнер позволяют упростить технологию изготовления и сборки носителя аппаратуры, удовлетворяющего заявленным требованиям.

ГАИС работает следующим образом. С помощью спускоподъемного устройства, управляемого с надводных или береговых средств обработки, регистрации и управления (на чертеже не показаны), носитель аппаратуры устанавливают на заданной глубине натурного водоема. Затем ГАИС переводится в режим измерений и может использоваться для измерения параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств. Измерительная информация после предварительной обработки в приборном контейнере транслируется по кабельной линии связи в надводный или береговой центр, где производится регистрация информации и ее окончательная обработка.

Благодаря заявленным в формуле изобретения признакам ГАИС позволяет измерять гидроакустический сигнал без искажений в широком диапазоне частот, чем достигается поставленный технический результат.

Источники информации
1. Патент 1330542 Великобритании, кл. G 4 F (Н 04 R 1/44), 1973.

2. Патент 51-24273 Японии, кл. 111Н11 (G 01 D 21/00), 1976 - прототип.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров шумоизлучения надводных и подводных плавсредств. Гидроакустическая измерительная система содержит носитель аппаратуры, выполненный в виде поплавка с полым обтекателем и расположенными внутри их соответственно приборным контейнером и широкополосным гидрофоном. Также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с основанием носителя аппаратуры и линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления. Поплавок с обтекателем выполнены из звукопрозрачного материала, при этом внутренний объем обтекателя заполнен водой, а приборный контейнер удален от гидрофона не менее чем на три своих поперечных размера. Линия связи с тросом объединены в кабельную линию связи, а общая масса носителя аппаратуры не менее чем в десять раз превышает массу отрезка кабеля кабельной линии связи от якорного груза до основания носителя аппаратуры, при этом центр тяжести, метацентр и вход кабельной линии связи в носитель аппаратуры расположены на оси последнего таким образом, что центр тяжести размещен между метацентром и входом кабельной линии связи в носитель аппаратуры. Поплавок носителя аппаратуры выполнен в виде соприкасающихся плоским основанием колец положительной плавучести, плотность материала которых не превышает 0,7 кг/м³, при этом в центральной части колец располагают приборный контейнер. В результате такой конструкции повышается точность измерений. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидроакустическая измерительная система, содержащая носитель аппаратуры, выполненный в виде поплавка с полым обтекателем и расположенными внутри их соответственно приборным контейнером и широкополосным гидрофоном, а также спускоподъемное устройство носителя аппаратуры, выполненное в виде дистанционно управляемой лебедки с барабаном, и якорный груз, связанный тросом через барабан лебедки спускоподъемного устройства с основанием носителя аппаратуры и линию связи носителя аппаратуры и спускоподъемного устройства с надводными средствами обработки, регистрации и управления, отличающаяся тем, что поплавок с обтекателем выполнены из звукопрозрачного материала, при этом внутренний объем обтекателя заполнен водой, а приборный контейнер удален от гидрофона не менее чем на три своих поперечных размера, причем линия связи с тросом объединены в кабельную линию связи, а общая масса носителя аппаратуры не менее чем в десять раз превышает массу отрезка кабеля кабельной линии связи от якорного груза до основания носителя аппаратуры, при этом центр тяжести, метацентр и вход кабельной линии связи в носитель аппаратуры расположены на оси последнего таким образом, что центр тяжести размещен между метацентром и входом кабельной линии связи в носитель аппаратуры, при этом поплавок носителя аппаратуры выполнен в виде соприкасающихся плоским основанием колец положительной плавучести, плотность материала которых не превышает 0,7 кг/м³, при этом в центральной части колец располагают приборный контейнер. 2. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что обтекатель выполнен в виде полусферы, в центре которой расположен широкополосный гидрофон. 3. Гидроакустическая измерительная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что обтекатель выполнен из стеклопластика. 4. Гидроакустическая измерительная система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве материала колец положительной плавучести используют сферопластик. 5. Гидроакустическая измерительная система по п.1 или 4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит генератор механических колебаний, расположенный в центральной части колец положительной плавучести над приборным контейнером, на штоке которого закреплен широкополосный гидрофон.